JP4223465B2 - Fingerprint recognition sensor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、指紋認識センサーおよびその製造方法に係り、より詳細にはCMOS(Complementary Metal-Oxide semiconductor)構造体上に超音波を発生させる圧電領域を形成した、製造工程が簡単で、高速な指紋認証が可能な指紋認識センサーに関する。 The present invention relates to a fingerprint recognition sensor and a manufacturing method thereof, and more specifically, a piezoelectric region for generating ultrasonic waves is formed on a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) structure and has a simple manufacturing process and high-speed fingerprint. The present invention relates to a fingerprint recognition sensor capable of authentication.
物品の購入および代金決済は、従来、オフラインでの直接取引および現金決済方式によって行われてきた。近年、経済および社会の発展により、このような取引と決済の方式にも変化がみられるようになった。たとえば、クレジットカード決済やオフライン上での電子マネー(e−money)による電子貨幤決済などの新しい取引方式が登場した。これにより、個人情報のセキュリティ管理が社会問題として浮上しているが、IDおよびパスワードを入力する現行方式では不十分である。 The purchase of goods and the settlement of goods have been conventionally performed by offline direct transactions and cash settlement systems. In recent years, economic and social developments have led to changes in such transaction and settlement methods. For example, new transaction methods such as credit card payment and electronic money settlement using electronic money (e-money) offline have appeared. As a result, security management of personal information has emerged as a social problem, but the current method of entering IDs and passwords is insufficient.
したがって、個人情報に対する信頼できる保安手段を構築する必要があり、個人情報を携帯し、必要な場所で提供できるように、固有の信号を検知解読してその場で身元の確認ができるシステムの必要性が叫ばれている。そのようなセキュリティシステムとして、生体認識を利用した個人認証方法が知られており、その中で指紋認識を用いる個人認証方法が実用化されている。指紋認識システムは、指紋入力器(fingerprint scanner)としての指紋認識センサーおよび信号処理アルゴリズムを含む。高い認識率と低いエラー率とを有する信頼性ある指紋認識システムのためには、高品質の指紋イメージの獲得が必須であり、このために、より性能が優れた指紋認識センサーの開発が求められている。 Therefore, it is necessary to build a reliable security measure for personal information, and a system that can detect and decode a unique signal and confirm the identity on the spot so that the personal information can be carried and provided at the required location. Sex is screaming. As such a security system, a personal authentication method using biometric recognition is known, and among them, a personal authentication method using fingerprint recognition is put into practical use. The fingerprint recognition system includes a fingerprint recognition sensor as a fingerprint print scanner and a signal processing algorithm. For a reliable fingerprint recognition system with a high recognition rate and a low error rate, it is essential to acquire a high-quality fingerprint image, which requires the development of a fingerprint recognition sensor with better performance. ing.
一般に、指紋認識センサーは、オプティカル方式、キャパシティブ方式、超音波方式などに大別される。オプティカル方式は、使用が簡便な点が長所であるが、相対的に高価であり、湿気を含んでいたり乾燥していたりと変動が大きい指の指紋部位の状態の影響を受けやすく、正確な指紋認識が難しいことが欠点である。また、偽造された指紋を区別できないため、偽造が容易となり、信頼性が低いことも問題である。キャパシティブ方式は、その価格がオプティカル方式より安価で、小型であり、安定性も高いという長所がある。しかし、これも指紋部位の状態変化に認識精度を左右されるという欠点がある。これらに比べ、超音波方式は、前記のような指紋部位の状態変化に関係なく信頼性ある結果を得られる点が優れている。 In general, fingerprint recognition sensors are roughly classified into an optical method, a capacitive method, an ultrasonic method, and the like. The optical method is advantageous in that it is easy to use, but it is relatively expensive, and it is sensitive to the state of the fingerprint part of the finger, which may be wet or dry, and it is sensitive to accurate fingerprints. The difficulty is that it is difficult to recognize. In addition, since forged fingerprints cannot be distinguished, forgery is facilitated and reliability is low. The capacitive method has the advantages that its price is lower than that of the optical method, is small, and has high stability. However, this also has a drawback that the recognition accuracy depends on the state change of the fingerprint region. Compared with these, the ultrasonic method is excellent in that a reliable result can be obtained regardless of the state change of the fingerprint part as described above.
超音波方式の指紋認識システムによる指紋認証は、一般に、図1Aに示す方法によって行われる。先ず、センサーによって指紋を獲得し、獲得した指紋から特徴部を抽出して、その指紋を他の指紋と区別する際に利用できるように、その特徴部をデータベースに保存する。その後、指紋認証の時に獲得された指紋の特徴部とデータベースに保存された指紋の特徴部とを比較して認証する。 Fingerprint authentication by an ultrasonic fingerprint recognition system is generally performed by the method shown in FIG. 1A. First, a fingerprint is acquired by a sensor, a feature portion is extracted from the acquired fingerprint, and the feature portion is stored in a database so that it can be used to distinguish the fingerprint from other fingerprints. Thereafter, authentication is performed by comparing the fingerprint feature acquired at the time of fingerprint authentication with the fingerprint feature stored in the database.
図1Bは、特許文献1に開示された従来の技術による超音波方式の指紋認識センサーを示す断面図である。しかし、図1Bの形態は、超音波変換器140、ミラー156、モーター160、アクチュエータ154、シグナルプロセッサ(図示せず)などをそれぞれ別途に製作し、組立てなければならない。したがって、指紋をスキャンするためのプローブ102を別に製作しなければならず、製造単価も比較的高価であり、携帯用端末機に応用しにくいという短所がある。また、指紋イメージを得るためにスキャン方式を使うため認証速度が遅いという問題もある。
本発明は、前記従来技術の問題を解決する超音波方式の指紋認識センサーとして、MEMS(Micro−Electric Mechanical System)工程を利用して薄膜形態で一括に製作できる認証速度が速い指紋認識センサーおよびその製造方法を提供することを課題とする。 The present invention provides a fingerprint recognition sensor with a high authentication speed that can be manufactured in a thin film form in a batch using a MEMS (Micro-Electric Mechanical System) process as an ultrasonic fingerprint recognition sensor that solves the problems of the prior art, and its It is an object to provide a manufacturing method.
前記課題を解決するために、本発明は、超音波を利用した指紋認識センサーにおいて、第1ドーパントでドーピングされた基板に形成されたCMOS構造体と、前記CMOS構造体上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上の中央領域に形成された下部電極と、前記下部電極上に形成された圧電領域と、前記圧電領域上に形成された上部電極と、前記絶縁層の前記下部電極が形成されていない領域の上部と前記下部電極、前記圧電領域および前記上部電極を覆うように形成された指紋接触層と、を含み、前記CMOS構造体は、前記第1ドーパントでドーピングされた基板の表面の一部位に形成された第2ドーパントでドーピングされた領域と、前記第2ドーパントでドーピングされた領域の表面に形成された、前記第1ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記表面の他部位に前記第2ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、を含み、前記下部電極は、前記第1ドーパントでドーピングされたドレーンおよび前記第2ドーパントでドーピングされたソースと電気的に接続されている指紋認識センサーを提供する。
In order to solve the above problems, the present invention provides a fingerprint recognition sensor using ultrasonic waves, a CMOS structure formed on a substrate doped with a first dopant, and an insulating layer formed on the CMOS structure. A lower electrode formed in a central region on the insulating layer; a piezoelectric region formed on the lower electrode; an upper electrode formed on the piezoelectric region; and the lower electrode on the insulating layer. is an upper region not the lower electrode, the piezoelectric region, and the upper electrode so as to cover the formed fingerprint contact layer, viewing including, said CMOS structure, the substrate doped with the first dopant A region doped with a second dopant formed at one portion of the surface, and a dopin with the first dopant formed on the surface of the region doped with the second dopant And a source and a drain doped with the second dopant in other portions of the surface of the substrate doped with the first dopant, and the lower electrode is doped with the first dopant. A fingerprint recognition sensor electrically connected to the drain and the source doped with the second dopant .
本発明において、前記下部電極は、前記第1ドーパントでドーピングされたドレーンおよび前記第2ドーパントでドーピングされたソースと、前記絶縁層を貫いて導電性物質が充填されたビアホールによって電気的に接続されている。 In the present invention, the lower electrode is electrically connected to the drain doped with the first dopant and the source doped with the second dopant by a via hole filled with a conductive material through the insulating layer. ing.
本発明において、前記圧電領域は、PZT、PST、Quartz、(Pb、Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)−PT(PbTiO3)、PVDF、PVDF−TrFeの中の少なくともいずれか一つを含んで形成されたことを特徴とする。 In the present invention, the piezoelectric region is at least one of PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm) TiO 3 , PMN (Pb (MgNb) O 3 ) -PT (PbTiO 3 ), PVDF, PVDF-TrFe. It is characterized by being formed including one.
本発明において、前記指紋接触層は、人体の指紋を構成する肌組職とアコースティックインピーダンス値が近い物質を含み、ポリウレタン、ポリスチレン、ラバーを含むポリマー材料を用いて形成することができる。 In the present invention, the fingerprint contact layer includes a material having an acoustic impedance value close to that of a skin structure constituting a human body fingerprint, and can be formed using a polymer material including polyurethane, polystyrene, and rubber.
本発明において、前記指紋認識センサーは、単位素子の集合体であるマトリックス構造のアレイ形態でとすることができる。 In the present invention, the fingerprint recognition sensor may be in the form of an array having a matrix structure that is an assembly of unit elements.
また、本発明では指紋認識センサーの製造方法において、(イ)第1ドーパントでドーピングされた基板にCMOS構造体を形成する段階と、(ロ)前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記CMOS構造体上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に下部電極、圧電領域および上部電極を順次に形成する段階と、(ハ)前記絶縁層上に形成された前記下部電極、圧電領域および上部電極の両側部を除去する段階と、(ニ)前記絶縁層の上部と前記下部電極、圧電領域および上部電極の表面に指紋接触層を形成する段階と、を含み、前記(イ)段階の前記CMOS構造体は、前記第1ドーパントでドーピングされた基板の表面の一部位に形成された第2ドーパントでドーピングされた領域と、前記第2ドーパントでドーピングされた領域の表面に形成された、前記第1ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記表面の他部位に前記第2ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、を含んで形成され、前記(ロ)段階の前記下部電極は、前記第1ドーパントでドーピングされたドレーンおよび前記第2ドーパントでドーピングされたソースと電気的に接続されている指紋認識センサーの製造方法を提供する。
According to the present invention, in the method for manufacturing a fingerprint recognition sensor, (a) a step of forming a CMOS structure on a substrate doped with a first dopant; and (b) the CMOS structure of the substrate doped with the first dopant. Forming an insulating layer on the body, and sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric region and an upper electrode on the insulating layer; and (c) the lower electrode, the piezoelectric region and the upper electrode formed on the insulating layer. and removing the side portions, (d) the upper and the lower electrode of the insulating layer, viewed including the steps of forming a fingerprint contact layer on the surface of the piezoelectric region, and an upper electrode, the (a) step said A CMOS structure is formed on the surface of the region doped with the second dopant formed on one portion of the surface of the substrate doped with the first dopant and on the surface of the region doped with the second dopant. And a source and a drain doped with the first dopant, and a source and a drain doped with the second dopant in another part of the surface of the substrate doped with the first dopant. The method of manufacturing a fingerprint recognition sensor , wherein the lower electrode in the step (b) is electrically connected to a drain doped with the first dopant and a source doped with the second dopant .
本発明において、前記(ロ)段階は、前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記CMOS構造体上に絶縁層を形成する段階と、前記CMOS構造体内の第1極性を有するドレーン領域および第2極性を有するソース領域に対応する絶縁層領域に第1ビアホールおよび第2ビアホールを形成し、前記第1ビアホールおよび第2ビアホールに導電性物質を充填する段階と、前記絶縁層、第1ビアホールおよび第2ビアホールの上部に下部電極、圧電領域および上部電極を順次に形成する段階とを含むことを特徴とする。 In the present invention, the step (b) includes forming an insulating layer on the CMOS structure of the substrate doped with the first dopant, a drain region having a first polarity in the CMOS structure, and a second region. Forming a first via hole and a second via hole in an insulating layer region corresponding to a source region having polarity, and filling the first via hole and the second via hole with a conductive material; and the insulating layer, the first via hole and the first via hole And a step of sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric region, and an upper electrode above the two via holes.
本発明において、前記(ロ)段階の前記圧電領域は、PZT、PST、Quartz、(Pb、Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)−PT(PbTiO3)、PVDFまたはPVDF−TrFeの中で少なくともいずれか一つを含んで形成する。 In the present invention, the piezoelectric region in the step (b) includes PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm) TiO 3 , PMN (Pb (MgNb) O 3 ) -PT (PbTiO 3 ), PVDF or PVDF-TrFe. And including at least one of them.
本発明において、前記(ニ)段階の前記指紋接触層は、人体の指紋を構成する肌組職とアコースティックインピーダンス値が近いポリウレタン、ポリスチレン、ラバーなどのポリマー材料を含んで形成するものとすることができる。 In the present invention, the fingerprint contact layer in the step (d) includes a polymer material such as polyurethane, polystyrene, rubber, or the like that has an acoustic impedance value close to that of the skin composition constituting the fingerprint of the human body. it can.
本発明によれば、超音波方式の指紋認識センサーで、信号処理にCMOS構造体を採用して、超音波発生のための圧電領域を取り入れることにより、その製造が簡単で認識速度も短い指紋認識センサーを提供可能である。 According to the present invention, an ultrasonic fingerprint recognition sensor adopts a CMOS structure for signal processing and incorporates a piezoelectric region for generating ultrasonic waves, so that it is easy to manufacture and has a short recognition speed. A sensor can be provided.
以下、図面を参照して本発明による指紋認識センサーについてより詳しく説明する。 Hereinafter, a fingerprint recognition sensor according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図2は、本発明による指紋認識センサーの一実施例を示した図面である。n型またはp型基板上にNMOS(Negative-Channel Metal-Oxide Semiconductor)とPMOS(Positive-Channel Metal-Oxide Semiconductor)の構造が形成されたCMOS構造が、本発明による指紋認識センサーの下部構造として形成されている。これを簡単に説明すれば次のようである。ここではn型基板を使った場合を例としてあげる。n型基板21の表面の一側の部位には、p型ドーパントがドーピングされてp型ドーピング層23が形成されている。p型ドーピング層23が形成された部位の表面には、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成されている。そして、n型基板21の表面の、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成された側とは反対側の部位には、p型ソース24aおよびドレーン24bが形成されている。n型基板21上には薄い第1絶縁層25aが形成されている。
FIG. 2 is a view showing an embodiment of a fingerprint recognition sensor according to the present invention. A CMOS structure in which an NMOS (Negative-Channel Metal-Oxide Semiconductor) structure and a PMOS (Positive-Channel Metal-Oxide Semiconductor) structure are formed on an n-type or p-type substrate is formed as a lower structure of the fingerprint recognition sensor according to the present invention. Has been. This will be briefly described as follows. Here, a case where an n-type substrate is used is taken as an example. A p-
前記第1絶縁層25a上には、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成された部位に対応する領域に第1ゲート27aが形成され、p型ソース24aおよびドレーン24bが形成された部位に対応する領域に第2ゲート27bが形成されている。第1絶縁層25a上にはn型ソース22aと電気的に接続された第1電極26aが形成されており、その電気的接続を確立するために第1絶縁層のn型ソース22aが形成された部位の一部が除去されている。そして、第1絶縁層25a上にはp型ドレーン24bと電気的に接続された第2電極26bが形成されており、その電気的接続を確立するために第1絶縁層のp型ドレーン24bが形成された部位の一部が除去されている。
On the first insulating
前記のようなCMOS構造体の上部(即ち、第1絶縁層25a、第1ゲート27aおよび第2ゲート27b、第1電極26aおよび第2電極26b上)には、第2絶縁層25bが形成されている。そして、n型ドレーン22bおよびp型ソース24aが形成された部位の第1絶縁層25aおよび第2絶縁層25bを貫いて形成された部位には、それぞれ、導電性物質が充填されたビアホール領域28a,28bが形成されている。
A second insulating
前記の内容が本発明による指紋認識センサーの下部構造である。これは一般に使われているCMOS構造体のn型ドレーン22bおよびp型ソース24aが形成された部位の絶縁層25a,25bを貫通して導電性物質を充填した第1ビアホール領域28aおよび第2ビアホール領域28bを形成した構造を有するものである。
The above is the substructure of the fingerprint recognition sensor according to the present invention. This is because the first via-
以下、本発明による指紋認識センサーの一実施例の上部構造について説明する。第2絶縁層25b上の両側面を除いた中央の領域に下部電極31が形成されており、この下部電極31は、第1ビアホール領域28aおよび第2ビアホール領域28bの導電性物質と電気的に接続されている。そして、下部電極31上に圧電領域32が形成され、その圧電領域32上に上部電極33が形成されている。最後に、前記第2絶縁層25bの上面と、下部電極31、圧電領域32および上部電極33とを覆うように、指紋接触層34が形成される。ここで、圧電領域32は、一般に使われているPZTなどの圧電材料からなっている。そして、指紋接触層34は、人体の指を構成する人体組職とそのアコースティックインピーダンス値が近い材料を含んで形成されたものである。例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ラバーなどのポリマー材料を使用することができる。
Hereinafter, an upper structure of an embodiment of a fingerprint recognition sensor according to the present invention will be described. A
前記のような下部構造および上部構造を含むことが本発明による指紋認識センサーの一実施例である。これは指紋認識センサーの単位素子を示したものである。本発明による指紋認識センサーは、このような単位素子をM×N形態のマトリックス構造に配列したアレイ形態で使用される。 One embodiment of the fingerprint recognition sensor according to the present invention includes the lower structure and the upper structure as described above. This shows a unit element of the fingerprint recognition sensor. The fingerprint recognition sensor according to the present invention is used in the form of an array in which such unit elements are arranged in an M × N matrix structure.
本発明による指紋認識センサーアレイは、下部構造上に、下部電極31、圧電領域32および上部電極33を含む単位素子を配列してなる集合体である。本発明による指紋認識センサーアレイの単位素子の大きさ、すなわち単位素子の上部構造の幅は、約50μm以下である。500dpi以上の指紋イメージを得るためには、指紋認識センサーの単位素子での共振周波数が30MHz以上にならなければならないので、単位素子の大きさは50μm以下が好ましい。
The fingerprint recognition sensor array according to the present invention is an assembly in which unit elements including a
前記の形態の本発明による指紋認識センサーの動作原理について、図3Aないし図3Eを参照してより詳しく説明する。図3Aは、本発明による指紋認識センサーアレイに、指(より具体的には指端部の肌突出部である指紋)が接触した場合を示した概略断面図である。下部電極31と上部電極33とから印加された電力によって圧電領域32から超音波が発生する。
The operation principle of the fingerprint recognition sensor according to the present invention having the above-described embodiment will be described in more detail with reference to FIGS. 3A to 3E. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a case where a finger (more specifically, a fingerprint which is a skin protruding portion at a finger end) is in contact with the fingerprint recognition sensor array according to the present invention. An ultrasonic wave is generated from the
圧電領域32で発生した超音波の中で垂直方向に進行するものが本発明による指紋認識過程で使われるものである。図中、指紋認識センサーアレイの各単位素子の上部に示した上下方向の矢印は、それぞれの圧電領域32から発生して垂直方向に進行する超音波を表す。人体の指紋が指紋接触層34に接触しない状態では、前記指紋接触層34の表面部位で超音波がほとんど反射する。これは、指紋接触層34の表面と大気とのアコースティックインピーダンス値の差が大きいからである。
Among the ultrasonic waves generated in the
指紋の突出部が本発明による指紋認識センサーアレイ内の単位素子の表面と対応する指紋接触層34の表面に接触しない場合を示したのが、図3AのA領域である。すなわち、Aは人体指紋の突出部の間の凹部位置を示し、圧電領域32で発生した超音波は指紋接触層34表面(インターフェース)で反射して再び本発明による指紋認識センサー内に戻る。これを示したのが図3Bである。
FIG. 3A shows a case where the protruding portion of the fingerprint does not contact the surface of the
そして、B領域は、本発明による指紋認識センサーの単位素子の表面に一部接触している指紋部位を示したものである。この場合、指紋接触層34と指紋突出部とが接触している部分(インターフェース)は、アクスティックインピーダンス値に近似しているため、超音波はほとんどそのまま通過する。しかし、指紋接触層34の一部が指紋突出部と接触していないので、超音波の一部が反射する。これを図3Cに示した。そして、本発明による指紋認識センサー単位素子の指紋接触層34の全表面と指紋の突出部とが接触している場合には、ほとんどの超音波が人体組職に吸収されて反射する超音波はほとんどない。これを示したのが図3AのC領域であり、図3Dには超音波が反射せずに通過する場合を示した。
A region B indicates a fingerprint part that is partially in contact with the surface of the unit element of the fingerprint recognition sensor according to the present invention. In this case, since the portion (interface) where the
図3Eは、本発明による指紋認識センサーの作動に関する回路図を示した図面である。すなわち、本発明による指紋認識センサーは、CMOS構造により、超音波を発生させる電位を印加して印加部のスイッチを開いておいて、発生した超音波が反射した場合の電位値を測定する。これにより、指紋が接触した部位のセンサーは、反射した超音波により生成した信号を受けて、制御部(図示せず)に送る。したがって、アレイ構造の指紋認識センサーの各単位素子で生成する信号を分析し、人体の指部位の突出部が接触した部位に位置する指紋認識センサーの位置値を計算して、指紋を検出する。このように検出された指紋は、前記図1Aに示す指紋認証システムによって処理される。 FIG. 3E is a circuit diagram illustrating the operation of the fingerprint recognition sensor according to the present invention. That is, the fingerprint recognition sensor according to the present invention uses a CMOS structure to apply a potential for generating an ultrasonic wave, open a switch of an application unit, and measure a potential value when the generated ultrasonic wave is reflected. As a result, the sensor at the part touched by the fingerprint receives a signal generated by the reflected ultrasonic wave and sends it to a control unit (not shown). Therefore, a signal generated by each unit element of the fingerprint recognition sensor having the array structure is analyzed, and a position value of the fingerprint recognition sensor located at a portion where the protruding portion of the finger portion of the human body contacts is calculated to detect the fingerprint. The fingerprint thus detected is processed by the fingerprint authentication system shown in FIG. 1A.
以下、図面を参照して本発明による指紋認識センサーの製造方法の一実施例についてより詳しく説明する。図4Aないし図4Gは、本発明による指紋認識センサーの製造方法に関する図面である。 Hereinafter, an embodiment of a method for manufacturing a fingerprint recognition sensor according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. 4A to 4G are views related to a method of manufacturing a fingerprint recognition sensor according to the present invention.
図4Aでは、一般的なCMOS構造を示している。このようなCMOS形態の素子は、従来の技術によって製造できるが、これについての詳細な説明は略する。ただし、ここで基板21は、第1ドーパントでドーピングされたものを使う。すなわち、n型またはp型ドーパントをドーピングしてn型基板またはp型基板を形成させることができるが、本発明の実施例ではn型基板を使ったものを例として説明する。
FIG. 4A shows a general CMOS structure. Such a CMOS device can be manufactured by a conventional technique, but a detailed description thereof will be omitted. However, here, the
図4Aを参照してCMOS構造を説明すれば次のようである。n型基板21の表面の一側の部位には、基板21とは反対極性の(即ち第2ドーパントでドーピングされた)領域が形成されている。本実施例では、基板21がn型でドーピングされたものなので、p型ドーパントが第2ドーパントとしてドーピングされてp型ドーピング層23が形成されることになる。p型ドーピング層23が形成された部位の表面には、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成されている。そして、n型基板21の表面の、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成された側とは反対側の部位には、p型ソース24aおよびドレーン24bが形成されている。n型基板21上には薄い第1絶縁層25aが形成されている。
The CMOS structure will be described with reference to FIG. 4A as follows. A region having a polarity opposite to that of the substrate 21 (that is, doped with the second dopant) is formed on one side of the surface of the n-
第1絶縁層25a上には、n型ソース22aおよびn型ドレーン22bが形成された部位に対応する領域に第1ゲート27aが形成され、p型ソース24aおよびドレーン24bが形成された部位に対応する領域に第2ゲート27bが形成されている。第1絶縁層25a上には、n型ソース22aと電気的に接続された第1電極26aが形成されており、その電気的接続を確立するために第1絶縁層のn型ソース22aが形成された部位の一部が除去されている。そして、第1絶縁層25a上には、p型ドレーン24bと電気的に接続された第2電極26bが形成され、その電気的接続を確立するために第1絶縁層のp型ドレーン24bが形成された部位の一部が除去されている。
On the first insulating
前記のような構造を形成させた後、図4Bに示すように、その上部に保護層の役割をする第2絶縁層25bを0.01ないし0.1μmの厚さに形成する。この第2絶縁層25bには、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)などによって形成される酸化シリコン膜などである。これにより、前記第1電極26aおよび第2電極26bと、第1ゲート27aおよび第2ゲート27bと、第1絶縁層25aを覆うように第2絶縁層25bが塗布される。
After the structure as described above is formed, as shown in FIG. 4B, a second insulating
次に、図4Cに示すように、n型ドレーン22bおよびp型ソース24aが形成された部位まで第2絶縁層を湿式エッチングまたは反応性イオンエッチングによって除去する。これにより、第1ビアホール28aおよび第2ビアホール28bが形成される。そして、図4Dに示すように、前記第1ビアホール28aおよび第2ビアホール28bの内部にCVDまたはスパッタリングなどによって導電性物質、例えばタングステンなどの金属を充填する。このような過程を経て、前記図2を参照して上述した本発明による指紋認識センサーの下部構造を形成させる。
Next, as shown in FIG. 4C, the second insulating layer is removed by wet etching or reactive ion etching to the portion where the n-
次に、本発明による指紋認識センサーの上部構造を形成する。すなわち、図4Eに示すように、前記第2絶縁層25bの上部にPt、Ti、Pd、AlまたはCuのような金属などをスパッタリングまたはCVDなどにより約0.01ないし1μmの厚さに成膜し、下部電極31を形成する。次に、前記下部電極31上にゾル−ゲル法またはスパッタリングによってPZTなどの圧電材料を塗布し、約0.5ないし20μmの厚さの圧電領域32を形成する。そして、この圧電領域32の上部にPt、Ti、Pd、Al、Cuなどの金属をスパッタリングまたはCVDなどによって約0.01ないし1μm厚さの上部電極33を形成する。
Next, an upper structure of the fingerprint recognition sensor according to the present invention is formed. That is, as shown in FIG. 4E, a metal such as Pt, Ti, Pd, Al, or Cu is formed on the second insulating
次に、図4Fに示すように、露光(リソグラフィ)および食刻(湿式エッチングまたは反応性イオンエッチング)で前記下部電極31、圧電領域32および上部電極33の側部を除去する。ここで、前記下部電極31は、第1ビアホール領域28aおよび第2ビアホール領域28bに充填された導電性物質と接続されている。アレイ形態の指紋認識センサー製造の時に、圧電領域32は四角形で縦横がそれぞれ約50μm以下になるように製造される。したがって、圧電領域32は、露光および食刻によって所定の大きさの四角形に製造され、上部電極33はアレイを構成する他の素子の上部電極と接続されるようにストライプ形状に製造される。
Next, as shown in FIG. 4F, the side portions of the
圧電領域32は、一般的な圧電体で使われる材料ならどれも使用可能であり、酸化物およびポリマー系の圧電材料を使用することができる。このような圧電材料の例として代表的なものに、PZT、PST、Quartz、(Pb、Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)−PT(PbTiO3)、PVDF、PVDF−TrFeなどがある。
As the
次に、図4Gに示すように、第2絶縁層25b上部、下部電極31、圧電領域32および上部電極33の表面に、スピンコーティングまたは電子ビーム(e−beam)などによって、指紋接触層34を約10μm以上の厚さに形成する。このような指紋接触層34は、圧電領域32で発生する超音波の進路を案内するもので、人の指の皮膚組織とアクスティックインピーダンス値が近いものを用いる。例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ラバーなどのポリマー材料を使用することができる。以上により、本発明による指紋認識センサーの単位素子またはM×Nのマトリックス構造を有するアレイ形態の指紋認識センサーを製造することができる。
Next, as shown in FIG. 4G, the
本発明は、指紋認識センサーおよびその製造方法に関するもので、製造工程が簡単であり、指紋の高速認証が可能となるので、指紋認識センサー分野ならびにさらに個人認識装置に非常に有用に適用される。 The present invention relates to a fingerprint recognition sensor and a method for manufacturing the same. Since the manufacturing process is simple and high-speed fingerprint authentication is possible, the present invention is very usefully applied to the field of fingerprint recognition sensors and personal recognition devices.
102 プローブ
140 超音波変換器
154 アクチュエータ
156 ミラー
160 モーター
21 n型基板
22a n型ソース
22b n型ドレーン
23 p型ドーピング領域
24a p型ソース
24b p型ドレーン
25a 第1絶縁層
25b 第2絶縁層
26a 第1電極
26b 第2電極
27a 第1ゲート
27b 第2ゲート
28a 第1ビアホール
28b 第2ビアホール
31 下部電極
32 圧電領域
33 上部電極
102
Claims (10)
第1ドーパントでドーピングされた基板に形成されたCMOS構造体と、
前記CMOS構造体上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層上の中央領域に形成された下部電極と、
前記下部電極上に形成された圧電領域と、
前記圧電領域上に形成された上部電極と、
前記絶縁層の前記下部電極が形成されていない領域の上部と、前記下部電極、前記圧電領域および前記上部電極とを覆うように形成された指紋接触層と、を含み、
前記CMOS構造体は、
前記第1ドーパントでドーピングされた基板の表面の一部位に形成された第2ドーパントでドーピングされた領域と、
前記第2ドーパントでドーピングされた領域の表面に形成された、前記第1ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、
前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記表面の他部位に前記第2ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、を含み、
前記下部電極は、前記第1ドーパントでドーピングされたドレーンおよび前記第2ドーパントでドーピングされたソースと電気的に接続されていることを特徴とする指紋認識センサー。 In fingerprint recognition sensor using ultrasound,
A CMOS structure formed on a substrate doped with a first dopant;
An insulating layer formed on the CMOS structure;
A lower electrode formed in a central region on the insulating layer;
A piezoelectric region formed on the lower electrode;
An upper electrode formed on the piezoelectric region;
The upper region where the lower electrode is not formed in the insulating layer, the lower electrode, seen including a fingerprint contact layer formed to cover said piezoelectric region and the upper electrode,
The CMOS structure is
A region doped with a second dopant formed in a portion of the surface of the substrate doped with the first dopant;
A source and a drain doped with the first dopant formed on a surface of the region doped with the second dopant;
A source and a drain doped with the second dopant in other portions of the surface of the substrate doped with the first dopant;
The fingerprint recognition sensor , wherein the lower electrode is electrically connected to a drain doped with the first dopant and a source doped with the second dopant .
PZT、PST、Quartz、(Pb、Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)−PT(PbTiO3)、PVDF、PVDF−TrFeの中の少なくともいずれか一つを含んで形成されたことを特徴とする請求項1に記載の指紋認識センサー。 The piezoelectric region is
It was formed including at least one of PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm) TiO 3 , PMN (Pb (MgNb) O 3 ) -PT (PbTiO 3 ), PVDF, PVDF-TrFe. The fingerprint recognition sensor according to claim 1.
人体の指紋を構成する肌組職とアコースティックインピーダンス値が近い物質を含むことを特徴とする請求項1に記載の指紋認識センサー。 The fingerprint contact layer is
The fingerprint recognition sensor according to claim 1, wherein the fingerprint recognition sensor includes a substance having an acoustic impedance value close to that of a skin composition constituting a fingerprint of a human body.
(イ)第1ドーパントでドーピングされた基板にCMOS構造体を形成する段階と、
(ロ)前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記CMOS構造体上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に下部電極、圧電領域および上部電極を順次に形成する段階と、
(ハ)前記絶縁層上に形成された前記下部電極、圧電領域および上部電極の両側部を除去する段階と、
(ニ)前記絶縁層の上部と前記下部電極、圧電領域および上部電極の表面に指紋接触層を形成する段階と、を含み、
前記(イ)段階の前記CMOS構造体は、
前記第1ドーパントでドーピングされた基板の表面の一部位に形成された第2ドーパントでドーピングされた領域と、
前記第2ドーパントでドーピングされた領域の表面に形成された、前記第1ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、
前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記表面の他部位に前記第2ドーパントでドーピングされたソースおよびドレーンと、を含んで形成され、
前記(ロ)段階の前記下部電極は、前記第1ドーパントでドーピングされたドレーンおよび前記第2ドーパントでドーピングされたソースと電気的に接続されていることを特徴とする指紋認識センサーの製造方法。 In the method of manufacturing a fingerprint recognition sensor using ultrasonic waves,
(A) forming a CMOS structure on a substrate doped with a first dopant;
(B) forming an insulating layer on the CMOS structure of the substrate doped with the first dopant, and sequentially forming a lower electrode, a piezoelectric region, and an upper electrode on the insulating layer;
(C) removing both sides of the lower electrode, piezoelectric region and upper electrode formed on the insulating layer;
(D) the upper and the lower electrode of the insulating layer, viewed including the steps of forming a fingerprint contact layer on the surface of the piezoelectric region, and an upper electrode,
The CMOS structure in the step (a) is as follows:
A region doped with a second dopant formed in a portion of the surface of the substrate doped with the first dopant;
A source and a drain doped with the first dopant formed on a surface of the region doped with the second dopant;
A source and a drain doped with the second dopant in other parts of the surface of the substrate doped with the first dopant; and
The method of manufacturing a fingerprint recognition sensor , wherein the lower electrode in the step (b) is electrically connected to a drain doped with the first dopant and a source doped with the second dopant .
前記第1ドーパントでドーピングされた基板の前記CMOS構造体上に前記絶縁層を形成する段階と、
前記CMOS構造体内の第1極性を有するドレーン領域および第2極性を有するソース領域に対応する絶縁層領域に第1ビアホールおよび第2ビアホールを形成し、前記第1ビアホールおよび第2ビアホールに導電性物質を充填する段階と、
前記絶縁層、前記第1ビアホールおよび前記第2ビアホールの上部に、前記下部電極、前記圧電領域および前記上部電極を順次に形成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項7に記載の指紋認識センサーの製造方法。 The step (b)
Forming the insulating layer on the CMOS structure of the substrate doped with the first dopant;
A first via hole and a second via hole are formed in an insulating layer region corresponding to a drain region having a first polarity and a source region having a second polarity in the CMOS structure, and a conductive material is formed in the first via hole and the second via hole. Filling the stage;
Sequentially forming the lower electrode, the piezoelectric region, and the upper electrode on the insulating layer, the first via hole, and the second via hole;
The manufacturing method of the fingerprint recognition sensor of Claim 7 characterized by the above-mentioned.
PZT、PST、Quartz、(Pb、Sm)TiO3、PMN(Pb(MgNb)O3)−PT(PbTiO3)、PVDFまたはPVDF−TrFeの中で少なくともいずれか一つを含んで形成することを特徴とする請求項7に記載の指紋認識センサーの製造方法。 The piezoelectric region in the step (b) is
Forming at least one of PZT, PST, Quartz, (Pb, Sm) TiO 3 , PMN (Pb (MgNb) O 3 ) -PT (PbTiO 3 ), PVDF or PVDF-TrFe. The method for manufacturing a fingerprint recognition sensor according to claim 7 , wherein:
人体の指紋を構成する肌組職とアコースティックインピーダンス値が近いポリウレタン、ポリスチレン、ラバーを含むポリマー材料の内少なくともいずれか一つを含んで形成することを特徴とする請求項7に記載の指紋認識センサーの製造方法。
The fingerprint contact layer in the step (d) is
The fingerprint recognition sensor according to claim 7 , comprising at least one of a polymer material including polyurethane, polystyrene, and rubber having an acoustic impedance value close to that of a skin structure constituting a human body fingerprint. Manufacturing method.
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